CN114775646A - 一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，属疏浚底泥资源化利用、边坡防护工程和水利水电工程领域。固化土的制备是按照每方底泥中加入固化剂(由水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂和速凝剂组成)75‑250kg的配比，将固化剂与疏浚底泥混合搅拌，制成高流动的底泥固化土。然后将底泥固化土使用泵送方式注浆到边坡上。最后在固化土边坡表面撒播青草种子进行防护。本发明使用湖库底泥作为边坡防护材料的主体，实现了废弃底泥的资源化利用，减轻了环境压力，同时节省了砂石等自然资源。固化土流动性能好，施工便捷，固化土力学强度良好，可抵抗较高流速的水流冲刷。护坡方式可为动植物营造良好的生态环境，有利于生物多样性的发展。

Description

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法

技术领域

本发明涉及疏浚底泥资源化利用、边坡防护工程和水利水电工程领域，具体是一种利用湖库底泥制备固化土并进行边坡固化与防护的方法。

背景技术

我国各类河、湖、水库的底泥淤积问题十分严峻。河道和港口中底泥堆积影响航运效益，水库中底泥淤积减小有效库容，蓄水量减少，防洪功能降低，发电效益受损。疏浚是底泥清理的主要途径，疏浚后将会产生数量众多的底泥，如果不能进行有效处理，底泥将会占用大量空间，同时内部有毒有害物质将给环境带来极大威胁。

在水利工程和河流工程中，边坡土体受到水体的浸润和水流的冲刷作用，特别是汛期，水位的持续波动和泄洪引起的边坡失稳现象时常发生，给河道和建筑物的安全带来隐患，因此需要对边坡进行防护处理。常用的边坡防护方式主要分为砌石、砂浆、混凝土护坡等，需要消耗大量的砂石等资源，同时生成的护坡面为硬质坡面，不利于植被生长，破坏了原有的生态系统。

发明内容

本发明目的是解决河、湖、水库底泥的处理以及对边坡进行防护和固化处理的问题，提供一种利用湖库底泥制备固化土并进行边坡固化与防护的方法。本发明将湖库疏浚底泥固化处理后应用到边坡防护工程中，不仅可实现废弃底泥的资源化利用，减轻环境压力，同时也可解决边坡的防护问题，节省了砂石等资源，在防护边坡的同时，植物可在固化土中生长，维持了生态系统的多样性，具有良好的经济和社会效益。

本发明的技术方案

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，主要包括底泥获取、固化土制备和边坡浇筑施工三步。

第1步、底泥获取；使用抓斗式或气力泵式底泥挖取装置挖取湖库底泥，挖取过程中控制底泥含水率在1.5到2.5倍液限范围，使其呈流动状态，挖取后过滤底泥中的木屑、塑料、垃圾、大石块等，静放备用。

第2步、固化土制备；固化土由底泥和固化剂组成，制备步骤如下：

第2.1步、固化剂的制备：

固化剂为粉体，主要由水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂、速凝剂组成。固化剂中各组份的质量百分比为：水泥50-70％，沸石粉15-40％，减水剂0-5％，挂浆剂2-10％，速凝剂0-20％。

首先按质量配比将水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂和速凝剂充分搅拌混合，制成固化剂，陈放备用。

其中，

所述的水泥为波特兰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中至少一种，作用是通过水泥的水化、凝固反应使水泥与底泥生成具有一定强度的固化土，抗水流冲刷和浸润。

沸石粉取自天然沸石粉，目数选择80目到200目之间，作用是沸石粉内部晶体结构具有较多孔洞，具有极强的吸水能力，初期通过吸水加快固化土固结速率，后期释放水体，提升固化土后期强度。

减水剂为木质素系、萘系、聚羧酸系减水剂中至少一种，作用是利用减水剂的分散作用，减少拌合用水，提高固化土的流动性，延长施工时间。

挂浆剂为黄原胶、瓜尔豆胶等天然聚合物、淀粉及其衍生物、丙烯基聚合物、乙烯基聚合物中一种或多种，作用是提高固化土浆液的粘稠性和自密实性，使固化土护坡后平整度高，且具有良好的挂浆能力，不丢浆。

速凝剂为氯化物、硅酸盐、铝酸盐的一种或多种，作用是提高固化土的凝固速率和早期强度，提高早期抵抗水流冲刷的能力。

第2.2步、固化土的制备：

将第1步获取的底泥置于搅拌机中，按照每方底泥中加入固化剂75-250kg的配比将固化剂掺加到底泥中，混合搅拌，制成高流动的底泥固化土。

第3步、边坡的固化与防护；

首先使用高压风枪清洁坡面，主要清除坡面上的尘土、石屑和植物，使得坡面平坦、整洁；

其次将锚杆垂直插入坡面，将预制钢筋网挂在锚杆上，并牢固焊接；

然后将底泥固化土置入混凝土泵车中，采用湿喷法喷射底泥固化土，通过改变固化剂掺比和固化剂掺量，控制固化土在合适的粘度范围，使其能够泵送输运并喷射注浆，注浆后浆液牢固挂到钢筋网上，不丢浆，在重力作用下沿坡面自动密实，无需振捣；

最后在固化土边坡表面撒播青草种子，每天进行喷水养护，养护时间不少于14天。青草种子可选择麦冬草、高羊茅、狗牙根、早熟禾的一种或几种，此类青草成活率高，易繁殖，耐干旱，适应性强。因固化土中主要成分为疏浚底泥，水泥掺量较低、含水率较高，固化土成型后具有强度适中的特点，同时底泥中含有多种有利于植物生长的氨氮元素及有机质等，青草种子可顺利发芽生长。

本发明的优点和积极效果：

1.本发明使用湖库底泥作为边坡防护材料的主体，实现了废弃底泥的资源化利用，减轻了环境压力，同时节省了砂石等自然资源。

2.生成的底泥固化土流动性能好，可通过湿喷操作进行注浆，施工便捷，同时固化土力学强度良好，可抵抗较高流速的水流冲刷。

3.底泥固化土护坡方式可为动植物营造良好的生态环境，有利于生物多样性的发展。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，具体步骤如下：

(1)使用抓斗式挖泥装置挖取湖库底泥，过滤垃圾、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为42％，加水控制底泥含水率为100％，置于混凝土搅拌机内。

(2)水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，减水剂选择聚羧酸系减水剂，挂浆剂选择瓜尔豆胶，速凝剂选择硅酸钠，按照质量比水泥：沸石粉：减水剂：挂浆剂：速凝剂＝62:31:1:2:4制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂150kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。

(3)在倾角为45°的坡面上，清除尘土和石屑，使坡面平坦、整洁，根据工程量确定锚杆间距，将预制钢筋网挂在锚杆上焊接固定。将搅拌好的底泥固化土置于混凝土泵车中，采用湿喷方式将固化土喷射注浆到钢筋网上，喷射风压控制在0.3～0.7MP之间，喷射头到坡面的距离控制在0.8～1.2m之间。

喷射完成后，在坡面表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明提供的底泥固化土进行边坡固化与防护方法，测得浆体的粘度为3.7Pa.s，固化土喷射注浆到边坡上的挂浆率为79.6％，仅有少量浆体丢失。将固化土置于70.7mm的立方体试模中，静置室外两天后拔模，置于水下养护，测试其3天抗压强度为94kPa，7天抗压强度为114kPa，14天抗压强度为137kPa，能抵抗7.5m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高3.4cm，14天株高6.2cm。

实施例2

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，包括：

使用抓斗式挖泥装置挖取水库底泥，过滤塑料、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为71％，加水控制底泥含水率为150％，置于混凝土搅拌机内。

水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，减水剂选择聚羧酸系减水剂，挂浆剂选择黄原胶，速凝剂选择硅酸钠，按照质量比水泥：沸石粉：减水剂：挂浆剂：速凝剂＝51:38:2:5:4制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂150kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。在倾角为45°的坡面上注浆护坡，表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明公开的底泥固化土边坡防护方法，测得浆体的粘度为4.73Pa.s，固化土注浆到边坡上的挂浆率为95.8％，将固化土置于70.7mm的立方体试模中，两天拔模后水下养护，测试测量其3天抗压强度为58kPa，7天抗压强度为87.5kPa，14天抗压强度为104kPa，能抵抗6m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高5.5cm，14天株高8.5cm。

实施例3

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，包括：

使用抓斗式挖泥装置挖取水库底泥，过滤塑料、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为71％，加水控制底泥含水率为130％，置于混凝土搅拌机内。

水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，减水剂选择聚羧酸系减水剂，挂浆剂选择黄原胶，速凝剂选择氯化钙，按照质量比水泥：沸石粉：减水剂：挂浆剂：速凝剂＝67:26:1:3:3制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂250kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。

在倾角为45°的坡面上，湿喷注浆，表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明公开的底泥固化土边坡防护方法，测得浆体的粘度为5.4Pa.s，固化土注浆到边坡上的挂浆率为96.8％，将固化土置于70.7mm的立方体试模中，两天拔模后水下养护，测试其3天抗压强度为99kPa，7天抗压强度为149kPa，14天抗压强度为220kPa，能抵抗9m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高2.4cm，14天株高4.8cm。

实施例4

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，包括：

使用抓斗式挖泥装置挖取海滩淤泥，过滤塑料、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为80％，加水控制底泥含水率为120％，置于混凝土搅拌机内。

水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，挂浆剂选择等质量的瓜尔豆胶和黄原胶，按照质量比水泥：沸石粉：挂浆剂＝70:20:10制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂75kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。

在倾角为45°的坡面上，湿喷注浆，表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明公开的底泥固化土边坡防护方法，测得浆体的粘度为2.9Pa.s，固化土注浆到边坡上的挂浆率为70.2％，将固化土置于70.7mm的立方体试模中，两天拔模后水下养护，测试其3天抗压强度为45kPa，7天抗压强度为60kPa，14天抗压强度为82kPa，能抵抗5.5m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高6cm，14天株高9.1cm。

Claims (10)

1.一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，其特征在于，包括：

第1步、底泥获取；

第2步、固化土的制备；固化土由底泥和固化剂组成，制备步骤如下：

第2.1步、固化剂的制备：

固化剂是由水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂和速凝剂组成的粉体，各组份的质量百分比为：水泥50％-70％，沸石粉15％-40％，减水剂0-5％，挂浆剂0-10％，速凝剂0-20％；

首先按质量配比将水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂和速凝剂充分搅拌混合，制成固化剂，陈放备用；

第2.2步、固化土的制备：

将第1步获取的底泥置于搅拌机中，按照每方底泥中加入固化剂75-250kg的配比将固化剂掺加到底泥中，混合搅拌，制成高流动的底泥固化土；

第3步、边坡的固化与防护；

使用高压风枪清洁坡面，使得坡面平坦、整洁；

其次将锚杆垂直插入坡面，将预制钢筋网挂在锚杆上，并牢固焊接；

然后将底泥固化土置入混凝土泵车中，采用湿喷法喷射底泥固化土，通过改变固化剂掺比和固化剂掺量，控制固化土的粘度，使其能够泵送输运并喷射注浆，注浆后使浆液牢固挂到钢筋网上，不丢浆，在重力作用下沿坡面自动密实，无需振捣。

2.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，还包括：在固化土边坡表面撒播青草种子，每天进行喷水养护，养护时间不少于14天。

3.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，第1步所述底泥获取是使用抓斗式或气力泵式底泥挖取装置挖取湖库底泥，挖取过程中控制底泥含水率在1.5到2.5倍液限范围，使底泥呈流动状态，挖取后过滤底泥中的木屑、塑料、垃圾和大石块，静放备用。

4.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述水泥为波特兰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中至少一种。

5.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述沸石粉取自80目到200目之间的天然沸石粉。

6.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述减水剂为木质素系、萘系或聚羧酸系减水剂中至少一种。

7.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述挂浆剂为天然聚合物、淀粉及其衍生物、丙烯基聚合物或乙烯基聚合物中至少一种。

8.根据权利要求7所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述天然聚合物为黄原胶或瓜尔豆胶。

9.根据权利要求1所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述速凝剂为氯化物、硅酸盐或铝酸盐中至少一种。

10.根据权利要求2所述利用湖库底泥制备固化土进行边坡防护固化的方法，其特征在于，所述青草种子可选择麦冬草、高羊茅、狗牙根、早熟禾中至少一种。